[发明专利]长寿命微柱阵列石墨和金属的复合阴极结构及其制备方法

权利要求书

1.一种长寿命微柱阵列石墨和金属的复合阴极结构，包括微柱阵列石墨阴极，该微柱阵列石墨阴极包括刀口状环形石墨阴极基体，以及阵列式设置于刀口状环形石墨阴极基体刀口处表面的多个石墨微柱；其特征在于：

所述刀口状环形石墨阴极基体的表面以及各个石墨微柱的顶端和侧壁都均匀粘附有金属涂层，所述金属涂层采用难熔金属。

2.根据权利要求1所述的长寿命微柱阵列石墨和金属的复合阴极结构，其特征在于：

所述金属涂层的厚度在0.01～50μm范围内。

3.根据权利要求2所述的长寿命微柱阵列石墨和金属的复合阴极结构，其特征在于：

所述金属涂层的厚度在1～10μm范围内。

4.根据权利要求1至3所述的长寿命微柱阵列石墨和金属的复合阴极结构，其特征在于：

所述金属涂层的材料为Mo、W、Hf、Ta、Zr、Ti、Cr、V中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的长寿命微柱阵列石墨和金属的复合阴极结构，其特征在于：

所述石墨微柱的直径为5μm～300μm，高度与直径的比为1：1～20：1，相邻石墨微柱轴线的距离为20μm～500μm。

6.根据权利要求5所述的长寿命微柱阵列石墨和金属的复合阴极结构，其特征在于：

所述微柱阵列石墨阴极上的石墨微柱阵列由紫外激光刻蚀刀口状环形石墨阴极基体的刀口处表面得到。

7.一种长寿命微柱阵列石墨和金属的复合阴极结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将石墨加工成刀口状环形石墨阴极基体，将其清洗并烘干；

2)通过紫外激光刻蚀方式，在烘干后的刀口状环形石墨阴极基体刀口处表面构筑石墨微柱阵列，得到微柱阵列石墨阴极，将其清洗并烘干；

3)将烘干后的微柱阵列石墨阴极极置于化学气相沉积炉中，以恒定升温速率将炉膛温度升至300～1200℃；

4)向化学气相沉积炉的炉膛内通入氢气作为还原性气体，将炉膛压力保持在0.1～20kPa；

5)将难熔金属的金属化合物加热至完全气化，并以恒定流速通入炉膛，进行还原反应0.5～10h；

6)停止通入氢气，自然降温后，得到长寿命微柱阵列石墨和金属的复合阴极结构。

8.根据权利要求5所述的长寿命微柱阵列石墨和金属的复合阴极结构制备方法，其特征在于：

步骤3)中，所述升温速率为5～10℃/min；

将炉膛温度升至500～800℃。

9.根据权利要求7所述的长寿命微柱阵列石墨和金属的复合阴极结构制备方法，其特征在于：

步骤5)中，所述金属化合物为金属氯化物；

所述金属化合物中的金属为Mo、W、Hf、Ta、Zr、Ti、Cr、V中的一种或多种。

10.根据权利要求9所述的长寿命微柱阵列石墨和金属的复合阴极结构制备方法，其特征在于：

步骤5)中，所述还原反应的时长为2～5h。